Накопитель или ИБП для серверной: в чём разница и когда нужно и то и другое
Это разные устройства под разные задачи, и одно другое не заменяет. ИБП двойного преобразования питает серверы от своего инвертора постоянно, поэтому переключения нет вовсе, но батарей хватает на минуты. Накопитель с резервным выходом переключается за миллисекунды и держит нагрузку часами, включая кондиционеры, без которых серверная перегреется раньше, чем сядет любой ИБП. Разбираем, когда достаточно одного и когда нужна связка.
Что делает ИБП двойного преобразования
В таком ИБП сетевое напряжение сначала выпрямляется, а затем инвертор заново формирует из постоянного тока чистую синусоиду для нагрузки. Батарея подключена к звену постоянного тока между ними. Серверы всегда питаются от инвертора, поэтому при пропадании сети для них ничего не меняется: источник энергии для инвертора просто сменился с выпрямителя на батарею. Время переключения равно нулю, а попутно ИБП убирает просадки, всплески и искажения сетевого напряжения.
Цена этой схемы — постоянные потери: несколько процентов мощности нагрузки круглосуточно уходят в тепло, которое потом отводят кондиционеры. И скромная автономия. Посчитаем, сколько энергии несёт типичный батарейный комплект: чтобы держать 6 кВт в течение 10 минут, нужно 6 × 10 ÷ 60 = 1 кВт·ч полезной энергии. Этого достаточно, чтобы дождаться запуска генератора или корректно завершить работу серверов, — на большее классический ИБП и не рассчитан.
Что делает накопитель с резервным выходом
Гибридный инвертор с батареей в обычном режиме пропускает сеть к нагрузке и работает параллельно с ней, а при аварии отключается от сети и начинает питать резервный выход сам. На это уходит время: инвертор должен распознать аварию и перейти в автономный режим. Паспортное время переключения у разных моделей — от единиц до пары десятков миллисекунд; как это устроено у Deye, описано в материале про режим резервного питания EPS.
Зато энергии в накопителе на порядок больше. Батарея на десятки киловатт-часов держит ту же нагрузку часами, заряжается от солнечной станции, а в обычные дни может сглаживать пики потребления. И главное для серверной: она способна питать не только стойки, но и охлаждение.
Хватит ли серверам миллисекунд
Блок питания сервера держит выходные напряжения за счёт собственных конденсаторов порядка 10–20 мс после исчезновения входного. Точное значение указано в паспорте блока, и при полной загрузке оно меньше, чем при частичной. На бумаге этого хватает, чтобы пережить переключение накопителя. На практике есть три оговорки.
- Сеть редко пропадает мгновенно. Чаще напряжение сначала проседает, и часть запаса блока питания расходуется ещё до того, как инвертор зафиксировал аварию.
- Время переключения в паспорте — типичное значение при определённых условиях, а не гарантия для любого вида аварии.
- Кроме серверов, есть коммутаторы, системы хранения и прочее оборудование со своими блоками питания, и запас у них разный.
Для офисных компьютеров, кассовых узлов и домашней техники миллисекундного переключения достаточно. Для серверной, где перезагрузка означает простой сервисов и риск для данных, полагаться только на него не стоит. Отдельный класс — промышленные накопители с архитектурой непрерывного питания, где нагрузка, как и в ИБП, постоянно питается от преобразователя; разница между такими схемами и переключением через статический ключ разобрана в статье про две архитектуры Deye C&I ESS.
Сравнение по ключевым свойствам
| Свойство | ИБП двойного преобразования | Накопитель с резервным выходом | Связка: накопитель перед ИБП |
|---|---|---|---|
| Переключение на батарею | нет, 0 мс | миллисекунды, по паспорту | 0 мс для серверов |
| Автономия | минуты | часы | часы |
| Защита от просадок и помех | полная, постоянно | только при переходе на батарею | полная, постоянно |
| Питание кондиционеров | обычно нет | да, если заложено по мощности | да |
| Работа с солнечной станцией | нет | да | да |
| Польза в обычные дни | качество питания | срез пиков, использование своей генерации | и то и другое |
| Потери в нормальном режиме | несколько процентов постоянно | небольшие, пока сеть идёт напрямую | потери ИБП сохраняются |
Схема «накопитель перед ИБП»
Связка выглядит так: сеть → гибридный инвертор с батареей → резервный выход → ИБП → серверы. Кондиционеры и прочие нагрузки серверной подключены к резервному выходу накопителя напрямую, мимо ИБП. При аварии ИБП закрывает миллисекунды переключения и не даёт серверам ничего заметить, а дальше вся серверная часами живёт от накопителя. Батареи ИБП при этом почти не расходуются: вход ИБП появляется раньше, чем они успевают заметно разрядиться.
Про охлаждение забывают чаще всего
ИБП защищает стойки, но кондиционеры к нему обычно не подключены. Серверы при этом продолжают выделять тепло: вся потреблённая ими электрическая мощность превращается в нагрев воздуха. Небольшое помещение без охлаждения выходит за допустимую температуру за минуты или десятки минут — задолго до того, как разрядится батарея на час. Резерв без охлаждения — это резерв на время нагрева, а не на время разряда.
Что проверить при проектировании связки:
- Форму и стабильность напряжения. Инвертор должен выдавать чистую синусоиду, а окно входного напряжения и частоты у ИБП должно быть настроено так, чтобы он принимал питание от инвертора и не уходил на батареи без причины.
- Запас по мощности. ИБП после разряда заряжает свои батареи, и в этот момент потребляет больше, чем нагрузка. Компрессоры кондиционеров дают пусковые токи. Мощность инвертора выбирают с учётом обоих факторов.
- Режим нейтрали. При работе в автономном режиме меняется схема заземления нейтрали, и это влияет на работу защиты. Вопрос разобран в материале про нулевой проводник в островном режиме.
- Обходной путь. Ручной байпас в обход накопителя нужен, чтобы обслуживать его, не отключая серверную.
Расчёт ёмкости на условном примере
Небольшая серверная: оборудование в стойках потребляет 6 кВт, охлаждение в среднем 3 кВт, освещение и система контроля доступа 0,5 кВт. Потери ИБП примем 5 % от нагрузки стоек: 6 × 0,05 = 0,3 кВт. Итого 6 + 3 + 0,5 + 0,3 = 9,8 кВт. Все числа условные, реальные снимают с приборов учёта.
Нужна автономия 3 часа. Энергия на нагрузке: 9,8 × 3 = 29,4 кВт·ч. Ёмкость батареи с учётом глубины разряда 0,9 и КПД преобразования 0,93: 29,4 ÷ 0,9 ÷ 0,93 ≈ 35,1 кВт·ч. С запасом на старение до 80 % ёмкости: 35,1 ÷ 0,8 ≈ 43,9 кВт·ч. Сравните с одним киловатт-часом в батареях ИБП — это и есть разница между «минутами» и «часами». Коэффициенты для своей модели берут из паспорта, а методика подробно описана в руководстве по расчёту ёмкости.
Средняя мощность охлаждения зависит от погоды: зимой при наличии режима естественного охлаждения она ниже, в жару выше. Автономию считают по худшему случаю — по лету.
Когда достаточно чего-то одного
Только ИБП. Один шкаф с нагрузкой в один-два киловатта, отключения редкие и короткие, сервисы допускают плановое выключение. Здесь проще взять ИБП с дополнительными батарейными модулями и настроить автоматическое завершение работы серверов. Если нужно 30–60 минут и солнечной станции нет, нарастить батареи ИБП обычно дешевле, чем строить отдельную систему.
Только накопитель. Офис без собственной серверной: рабочие станции, сетевое оборудование, телефония, касса. Миллисекундного переключения им хватает, а резерв на несколько часов закрывает рабочий день. Возможности такого решения описаны в статье про резервное питание на LFP.
Связка. Серверная, у которой простой стоит дорого, отключения бывают длиннее автономии ИБП, а генератора нет или его не хочется запускать ради каждого часового отключения. Дополнительный довод — крышная солнечная станция: накопитель позволяет использовать её энергию и в резерве.
Частые вопросы
Можно ли вместо накопителя просто поставить к ИБП большую батарею?
Можно, если производитель ИБП допускает внешние батарейные шкафы нужной ёмкости. Ограничения два: зарядное устройство ИБП рассчитано на определённую ёмкость, и большая батарея будет заряжаться долго; кроме того, кондиционеры всё равно останутся без резерва, если ИБП не рассчитан на их мощность и пусковые токи.
Нужен ли генератор, если есть накопитель на несколько часов?
Зависит от того, какие отключения случались на объекте. Накопитель перекрывает большинство событий длительностью до нескольких часов. Для суточных аварий нужен генератор; при этом накопитель позволяет запускать его не сразу, а только когда заряд опустился до заданного уровня.
Не испортит ли инвертор накопителя качество питания серверов?
В связке серверы питаются от ИБП, который заново формирует напряжение, поэтому форма напряжения на выходе накопителя на них не влияет. Важно лишь, чтобы ИБП считал своё входное питание допустимым.
Короткий вывод
ИБП двойного преобразования отвечает за то, чтобы серверы не заметили аварию. Накопитель отвечает за то, чтобы серверная вместе с охлаждением прожила без сети несколько часов. Для серьёзной серверной нужны оба: ИБП перед стойками, накопитель перед ИБП и кондиционерами. Для одного шкафа хватит ИБП, для офиса без серверной — накопителя.